Как 3D-печать ведет к устойчивому и экологичному производству

Входя в эру экологически осознанного производства, мы сталкиваемся с опасениями, что новые технологии могут затормозить прогресс. 3D-печать часто критикуют за избыточное использование пластиков и высокое энергопотребление — иногда эти аргументы справедливы. Однако игроки отрасли активно разрабатывают решения для устранения этих недостатков. Дизайнеры обращаются к новым технологиям, материалам и изменениям в цепочке поставок, чтобы сделать 3D-печать более устойчивой. Вот ключевые направления:

Переработка филамента

Переработка филамента полезна не только для экологии, но и для собственной мастерской или бизнеса. Брак, неудачные печати или просто хлам на рабочем месте — всё это можно переработать. Некоторые компании уже заполнили эту нишу, предлагая наборы для переработки филамента, другие идут дальше — очищают промышленный пластик в больших объемах.

На авангарде — компании вроде Clean Currents, разрабатывающие 3D-принтеры, совместимые с океаническим пластиком, позволяя пользователям очищать окружающую среду в процессе печати. Trimatis LLC превращает пластиковые отходы в филамент. Это настолько перспективно, что даже военные США рассматривают 3D-печать из переработанного пластика списанных деталей для экономии на логистике и повышения эффективности.

Компании вроде 3devo поставляют шредеры и оборудование для намотки катушек, чтобы пользователи могли повторно использовать старый пластик вместо утилизации. Тем, кто делает гранулы из старых пластиков, задача еще проще.

Но экологичные материалы не ограничиваются перерабатываемыми филаментами и гранулами.

Устойчивые материалы и строительство

ПЛА — один из самых популярных материалов для 3D-печати — биоразлагаем, но не все термопласты аддитивного производства таковы. Зачем использовать нефтехимические пластики, если существуют альтернативы? Исследователи предлагают материалы, полностью исключающие экологически вредные варианты и обладающие уникальными свойствами.

Новые технологии позволяют использовать широкий спектр материалов. Один пример — антибактериальный целлюлозный филамент из MIT. Он может стать прорывом для медицины, позволяя создавать материалы, одобренные FDA, которые можно утилизировать без вреда для экологии. При этом он механически стойок и дешев в производстве.

Перспективны также биопластиковые филаменты на основе конопли. Компания 3D4MAKERS производит такой филамент с хорошим сцеплением слоев.

Помимо филаментов, в 3D-печати зданий появляются многообещающие материалы для архитектуры. Различные проекты ищут устойчивые способы производства бетона, чье создание отвечает за значительную долю выбросов парниковых газов (цементная отрасль — третий по величине промышленный потребитель энергии и второй по выбросам CO2). Компания FICEP S3 создала системы, перерабатывающие отходы 3D-печати и постобработки (MJF, SLS) в гибридный бетон. Проект BCN превращает отходы в более устойчивую бетонную смесь с меньшими недостатками традиционных материалов.

Органические соединения также используются для 3D-печати домов. Это не просто экологическая экзотика — некоторые решения позволяют быстро печатать сооружения. Эстонский университет биологических наук и Тартуский университет экспериментируют с торфом — природным материалом из разлагающейся растительности в болотах. Как один из самых эффективных углеродных поглотителей, торф способен накапливать углерод, что делает его ценным для экологичного жилья. Долгое время торф использовали как топливо, и теперь ученые нашли способ превратить его в органический строительный материал, помогающий экологии, а не вредящий ей. Процесс также утилизирует отходы.

Другие исследователи работают с 3D-печатью грунта, например проект по трансформации лунареголита. Эти эксперименты приближают нас к использованию альтернативных, распространенных материалов и переработке старых элементов для создания новых конструкций.

Солнечные 3D-печатающие системы

По мере распространения 3D-принтеров в промышленности их энергопотребление растет. Но энергия не обязана поступать из традиционных источников. Солнечная энергия — «святой грааль» альтернативной энергетики, и многие компании внедряют её: печатают солнечные панели на 3D-принтерах и питают сами принтеры от солнца.

3D-печатные солнечные панели легче, дешевле и в некоторых случаях создают меньше отходов. Технологии вроде MJF давно используются для печати солнечных систем. Nano Dimension примечательно сотрудничает с израильскими стартапами для создания устойчивых энергетических решений. Разрабатываются даже гибкие панели, невозможные при традиционном производстве.

3D-печать также повышает КПД солнечных панелей. Проект T3DP (лидер Daniel Clark, с 2013 года) использует патентованную объемную 3D-печать для удвоения КПД текущих панелей. Цель — доступная и жизнеспособная 3D-печатная солнечная панель. Работа опирается на исследования перовскитных материалов для солнечных элементов, обеспечивающих более прочные и стабильные структуры.

С другой стороны, разрабатываются 3D-принтеры, работающие на солнечной энергии. Такие концепции давно доступны как open-source. Помимо экологических плюсов, они позволяют печатать в удаленных регионах. Именно это вдохновило re:3D на создание Gigabot — автономного 3D-принтера, способного принести аддитивное производство в районы без электричества, используя солнечную энергию.